WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

а б в г

Рис. 2. Перфтортриэтиламин, U = 30 кВ, а – начальный пузырек для кадра б, б - tл = 48 мкс (анод), в - tл = 87мкс (анод), г - tл = 120 мкс (катод).

В отличие от перфтортриэтиламина, в дистиллированной воде ( = 80) форма оторвавшихся пузырьков аналогичного размера близка к сферической (рис. 3). При напряжении 12 кВ пузырьки отрываются от электрода через 10 мкс, а при 22 кВ через 5 мкс. Оценка скорости движения пузырьков при 22 кВ составляет 10 м/c, что более чем на порядок превышает скорость в перфтортриэтиламине. В отсутствии частичных разрядов отрывающийся пузырек так же имеет каплевидную форму.

а б

Рис. 3. Дистиллированная вода. U =22 кВ; а – начальные пузырьки, б - tл = 10.5 мкс

Движение пузырьков в неоднородном поле происходит под действием диэлектрофоретической силы, где D = 40Еr3(1-)/(1+2) – дипольный момент пузырька, r – радиус пузырька. Отличие дипольных моментов пузырька в воде и перфтортриэтиламине составляет два порядка, что соответствует различию в их скоростях. Скорость движения пузырьков удовлетворительно описывается выражением, которое получается при равенстве диэлектрофоретической силы силе сопротивления движения пузырька в жидкости.

Форма пузырька (сплюснутая в неполярной жидкости и квазисферическая в полярной) определяется, в основном, результатом взаимодействия гидродинамического давления на поверхность движущегося пузырька и воздействия диэлектрофоретичских сил.

С увеличением напряжения качественно изменяется деформация пузырьков. В воде при ЕЭ 200 кВ/см (U 22 кВ) начинает происходить перетяжка пузырьков и деление их на две части (рис.4). До перетяжки пузырьки, находящиеся на поверхности электрода, удлиняются в направлении действия электрического поля и уменьшаются в поперечном направлении. Удлинение и сжатие может и достигать 1.5-2 раза относительно начального размера, деформация маленьких пузырьков регистрируется раньше, чем больших. Силы, действующие на пузырек: а) - сила, связанная с разницей диэлектрических проницаемостей жидкости и пузырька, которая приводит к некоторому удлинению пузырька в направлении поля и к более значительному сжатию пузырька в поперечном направлении; б) – кулоновская сила, которая вследствие частичных разрядов в пузырьках значительно повышает давление на поверхность пузырька в направлении действия поля.

катод

а б

анод

Рис. 4. U = 30 кВ, а – начальные пузырьки, б - tл = 4 мкс (катод), tл = 5 мкс (анод)

Пузырьки, находящиеся на поверхности анода, ведут себя, в основном, подобно катодным пузырькам. Они также удлиняются в направлении поля, скорости удлинения примерно одинаковы, скорости движения оторвавшихся пузырьков также примерно одинаковы. Однако в их поведении имеется, по крайней мере, одно существенное различие. У анодных пузырьков на стадии деления в области, непосредственно примыкающей к электроду, наблюдается резкое расширение в направлении вдоль электрода. Ширина этого образования может до 2 раз превышать диаметр исходного пузырька.

В третьей главе представлены результаты исследований по зажиганию разряда в воде с помощью пузырьков. Эксперименты проводились на импульсах напряжения амплитудой ± 80 кВ, фронтом 0.2 мкс и спадом 100 мкс. Контроль параметров импульса напряжения осуществлялся калиброванными емкостными и омическими делителями напряжения. Импульсная подсветка промежутка осуществлялась лазером ИПЛЭН с длительностью экспозиции 3 нс. Энергия лазера позволяла экспонировать фотопленку тип 17 при увеличении объекта в 5-6 раз. Для подавления избыточной яркости канала разряда в оптический тракт вводился специальный узкополосный фильтр на длину излучения лазера. Это дало возможность фоторегистрации процессов, протекающих непосредственно вблизи канала разряда. Динамическое пространственное разрешение д, для процессов, протекающих со скоростью звука С = 1.5103 м/c, составляло д Сл 5 мкм.

Время запаздывания разряда tр и время лазерной подсветки tл, отсчитывались от середины фронта напряжения. Опыты проводились с пузырьками диаметром 50-70 мкм.

Катодное зажигание разряда

Статистическая обработка экспериментальных данных показала, что при наличии микропузырьков время формирования разряда составило tф 21 мкс, а среднее время статистического запаздывания tс 22 мкс. Средняя скорость распространения разряда не превышала vф =d/tф 500 м/c. Без пузырьков пробой, как правило, не происходил.

Временная последовательность процессов, протекающих на катоде, приведена на рис. 5:

а - исходные пузырьки для кадра б;

б - tл = 0.25 мкс, меньший пузырек удлинен, на поверхности большего начинает вырастать отдельная ветвь;

в - tл = 0.65 мкс, отдельный пузырек, диаметром d 75 мкм приобретает «грибовидную» форму, из «шляпки» прорастает основная ветвь с диаметром у основания 15 мкм, состоящая из двух ветвей диаметром 15 мкм, длиной 60-80 мкм с расстоянием между ними 25 мкм; скорость распространения ветвей, составляет 120-160 м/с и со временем возрастает;

г – tл = 0.8 мкс, пузырек имеет законченную «грибовидную» форму, из шляпки растут три ветви, радиальное сжатие пузырька при этом составляет 40 м/с;

д – tл = 1.0 мкс, из нескольких пузырьков ветви перерастают в «кусты», то есть происходит параллельное развитие предразрядных процессов, уменьшение диаметра ножки основания может достигать 10-15 мкм;

е – tл = 1.5 мкс "куст" продолжается ветвями с размерами, аналогичными кадру г.

а

б

в

г

д

е


Рис. 5. Катод, U = 80 кВ

Анодное зажигание разряда

При разряде с анода в случае наличия микропузырьков среднее время статистического запаздывания tс = 0.5 мкс, а формирования tф = 1.1 мкс, то есть vф =d/tф 10 км/с. В отсутствие видимых микропузырьков обе составляющие увеличились tс 2.4 мкс, а tф 1.8 мкс.

Временная последовательность процессов, протекающих на аноде, приведена на рис. 6:

а - исходный пузырек для кадра б;

б - tл = 0.45 мкс, пузырек удлиняется вдоль поля, уменьшаясь в поперечном направлении, светлая полоска - интегральное свечение анодного канала разряда, время разряда tр = 1.2 мкс;

в – tл = 1.0 мкс, веер сверхзвуковых стримеров толщиной ~ 5-10 мкм вылетает из кончика пузырька со скоростью более чем v ~ 2 км/с на расстояние до 600 мкм, tр = 1.3 мкс;

г – tл = 1.2 мкс, стримеры заполняют собой полусферу, расстояние между их кончиками составляет 4060 мкм, а общее их количество около сотни, образование стримеров сопровождается ударными волнами, центром которых является то же место, что и место зарождения стримеров, т.е. кончик пузырька, tр = 1.4 мкс;

д – tл = 1.5 мкс, исчезновение первого веера стримеров, возникновение следующего веера длиной ~ 1.5 мм, толщиной ~ 20-30 мкм, количество несколько десятков, главный разряд развивается по одному из них и сопровождается мощной ударной волной, tр = 1.5 мкс, скорость распространения главного разряда согласно данным кадра г порядка d/(tр - tл) 50 км/с;

е – tл =1.7 мкс послепробойная гидродинамика, tр = 1.2 мкс.

а

б

в

г

д

е


Рис. 6. Анод, U = 80 кВ

На начальной стадии, до 0.40.5 мкс, анодные и катодные пузырьки удлиняются вдоль поля, уменьшаясь в поперечном направлении. К 0.71 мкс катодный пузырек приобретает характерную грибообразную форму, а анодный пузырек увеличивается во всех направлениях. При наличии нескольких пузырьков катодные стримеры растут практически из всех пузырьков, а анодные из одного пузырька критического размера. Объясняется это тем, что появление эффективного электрона, который приводит к пробою в условиях воздействия коротких импульсов напряжения, значительно легче осуществляется в катодном пузырьке вследствие высокой напряженности электрического поля на металлическом электроде. В анодном пузырьке электрон, который может привести к ионизационным процессам, должен появиться в объеме пузырька, либо на его границе при достаточном удалении от поверхности электрода. Отсутствие интенсивного источника электронов приводит к более позднему появлению эффективного электрона, когда напряженность поля уже достаточна для преобразования электронной лавины в стример. Если считать стример проводящим цилиндром, то усиление поля перед ним может превысить 10 МВ/см. Это много больше внешней напряженности поля, тем самым можно объяснить, почему первичные стримеры распределены достаточно однородно по углу, в том числе часть стримеров распространяется параллельно поверхности электрода (рис. 6 в, г).

Из того факта, что в момент свечения разряда с анода его можно зарегистрировать (светящаяся полоса на рис.6 б, в, г, рис.7 а), следует, что в отличии от катода либо все анодные стримерные зоны оптически прозрачны, либо они исчезают к моменту замыкания каналом разрядного промежутка.

Предпробивные процессы в отсутствии пузырьков.

На аноде (рис. 7) происходит рост темных образований с формой аналогичной основанию перетянутого пузырька (см. рис. 4.б). Наиболее удлиненное образование продуцирует разряд, tр = 6 мкс.

Рис. 7. Характерные кадры предпробивных явлений в отсутствие видимых пузырьков, а – анод tл = 4 мкс, б, в – катод tл = 1.1 мкс и tл = 2.8 мкс соответственно.

Катодные образования на начальной стадии имеют форму пузырьков, вытянутых в направлении поля. В дальнейшем на поверхности катода регистрируются "кусты" по форме близкой к возмущениям, регистрируемым при инициировании разряда пузырьками. Однако скорость их распространения меньше (см. рис. 8) и спустя некоторое время происходит их остановка.

Рис. 8. Зависимость максимальной длины катодного «куста» - L от времени – t (B – с пузырьками, D – без пузырьков).

Время катодного инициирования разряда мало по сравнению со временем его развития. Следовательно, в больших межэлектродных промежутках, характерных для импульсных накопителей энергии, важную роль играет стадия распространения катодного разряда. Слабое изменение скорости распространения катодного образования по мере продвижения в область пониженной напряженности электрического поля свидетельствует об усилении локальной напряженности электрического поля на его фронте. Значение напряженности электрического поля в воде можно непосредственно измерить с помощью электрооптического эффекта Керра. Поэтому представляется целесообразным проведение экспериментов по исследованию предпробойных катодных процессов электрооптическим методом в однородном поле.

В четвертой главе приводятся результаты оптических и электрооптических исследований предпробойных катодных процессов в квазиоднородном поле на импульсах напряжения, моделирующих цикл заряд-разряд емкостного накопителя энергии. Электрооптические измерения проводились введением в оптический тракт скрещенных поляризаторов. Для формирования импульса использовался ГИН с амплитудой напряжения до 500 кВ и резистивно-емкостной формирователь импульсов с управляемым срезающим разрядником. Длительность фронта составлял 1 мкс, спада 0.1 мкс, общая длительность 2 мкс. Деионизованная вода с удельным сопротивлением 10 МОм·см поступала в ячейку из замкнутого контура установки очистки воды. Расстояние между электродами диаметром 50 мм, изготовленными из нержавеющей стали, составляло 3-5 мм. Оптическая регистрация осуществлялась как теневым методом, так и с помощью эффекта Керра за 0.1 мкс до среза напряжения на цифровом фотоаппарате с пространственным разрешением 10-15 мкм. Для подсветки использовался полупроводниковый лазер с длиной волны =0,61 мкм, энергией 1020 мДж и длительностью импульса на полувысоте 3 нс. Для контроля средней напряженности поля применялся He-Ne лазер с фотоэлектронным умножителем. Измерения проводились методом ступенчатого 10%-го повышения напряжения, начиная с 300 кВ/см, в сериях из 10-15 измерений.

Рис. 9. U = 150кВ, d = 4мм; а - д, теневые фотографии, е – Керрограмма

На полированных электродах первые оптические неоднородности размером от нескольких десятков до нескольких сотен микрометров наблюдаются на катоде при Ек 380 кВ/см. На рис.9 приведена подборка теневых фотографий, расположенных по мере возрастания размера катодных образований:

а – на поверхности катода регистрируется оптическая неоднородность, сужающаяся к аноду с характерным размером 50 мкм;

б – неоднородность вытягивается над катодом, связь с поверхностью катода меньше разрешения матрицы фотоаппарата ( 10 мкм);

в – регистрируется связь с катодом каналом 15 мкм, появляется боковое ответвление от вершины неоднородности;

г – формируется характерное катодное образование, которое затем, увеличиваясь в размерах, сохраняет свою форму;

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»